FPGA正在征服越來(lái)越多的應(yīng)用領(lǐng)域，考慮到它巨大的并行性能、靈活性和可伸縮性，這一點(diǎn)也不足為奇。從簡(jiǎn)單的接口設(shè)備到使用集成ARM處理器和多千兆接口完成可編程芯片系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，F(xiàn)PGA的可能性幾乎是無(wú)限的?；谝粋€(gè)標(biāo)準(zhǔn)的FPGA或SoC核心板模塊（無(wú)論是基于Intel或Xilinx FPGA或SoC）結(jié)合使用經(jīng)過(guò)測(cè)試和驗(yàn)證的IP核，運(yùn)用FPGA技術(shù)快速而容易。

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進(jìn)入FPGA科技世界比你想象的要容易

FPGA技術(shù)是許多應(yīng)用程序的可行選擇，并提供了許多潛力，但許多人認(rèn)為入門(mén)門(mén)檻很高，編程復(fù)雜而費(fèi)力。然而，現(xiàn)在使用FPGA技術(shù)比以往任何時(shí)候都更容易，也更有吸引力。FPGA和SoC核心板模塊，以及現(xiàn)成的邏輯塊——所謂的IP核（Intellectual Property知識(shí)產(chǎn)權(quán)）——有助于縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，并將特定產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本和風(fēng)險(xiǎn)最小化。

FPGA特有的技術(shù)復(fù)雜性可以用強(qiáng)大的標(biāo)準(zhǔn)FPGA或SoC核心板模塊封裝，這使硬件設(shè)計(jì)甚至比使用傳統(tǒng)的微控制器或DSP要簡(jiǎn)單得多。對(duì)于中小批量產(chǎn)品，使用FPGA或SoC核心板模塊特別有優(yōu)勢(shì)；對(duì)于大批量產(chǎn)品它也值得考慮——不僅僅是在原型開(kāi)發(fā)過(guò)程中。

不要第二次發(fā)明輪子

采用FPGA和SoC核心板模塊做底板相比購(gòu)買(mǎi)芯片自行整體設(shè)計(jì)有很多優(yōu)勢(shì)。高產(chǎn)量的FPGA或SoC核心板模塊現(xiàn)貨降低了它們的成本，同時(shí)久經(jīng)驗(yàn)證的產(chǎn)品保證了高可靠性。由于Enclustra瑞蘇盈科不同的核心板模塊Pin-to-Pin兼容，因此一個(gè)產(chǎn)品后續(xù)可以很容易地配備更強(qiáng)大的核心板模塊，甚至在開(kāi)發(fā)過(guò)程的后期臨時(shí)更換核心板模塊。由于FPGA核心板模塊的高功能密度，也降低了底板的復(fù)雜性，使其開(kāi)發(fā)速度更快，成本更低。

圖1：水星Mercury/Mercury+系列XU5-XU8-XU9核心板（綠色PCB，從左至右）及HEMA底板（藍(lán)色PCB），不同的核心板結(jié)合HEMA底板可用于不同的應(yīng)用

瞬間安裝并開(kāi)始

Enclustra瑞蘇盈科提供了基于Intel和Xilinx FPGA和SoC的大量核心板模塊給用戶選擇，例如水星Mercury+ XU9。它將Xilinx Zynq UltraScale+ MPSoC器件與快速DDR4 ECC SDRAM、eMMC flash、QSPI flash、雙千兆以太網(wǎng)PHY和雙USB 3.0相結(jié)合，從而形成一個(gè)完整而強(qiáng)大的嵌入式處理系統(tǒng)。這個(gè)實(shí)用的嵌入式處理平臺(tái)為用戶提供了一個(gè)功能強(qiáng)大且隨時(shí)可用的系統(tǒng)，而不必?fù)?dān)心特定的技術(shù)細(xì)節(jié)。它支持的操作系統(tǒng)有Linux和VxWorks （Wind River Helix虛擬化平臺(tái)）。該核心板模塊可用于工業(yè)溫度范圍，并由單個(gè)5~15V電源供電，這進(jìn)一步簡(jiǎn)化了底板開(kāi)發(fā)；該模塊可以為底板上的電路供電，減少了用戶對(duì)電源轉(zhuǎn)換器的需求。

圖2：水星Mercury+ XU9核心板模塊與水星Mercury+ PE1底板

水星Mercury+ XU9 核心板模塊提供20個(gè)千兆收發(fā)器，每個(gè)收發(fā)器的數(shù)據(jù)速率可達(dá)15 Gbit/sec， DDR4內(nèi)存帶寬可達(dá)38.4 GByte/sec?；赬ilinx Zynq UltraScale+ MPSoC，它結(jié)合了6個(gè)ARM內(nèi)核、一個(gè)Mali - 400MP2 GPU （僅EV）、多達(dá)12GByte DDR4 SDRAM、眾多標(biāo)準(zhǔn)接口、192個(gè)用戶IO和多達(dá)504，000個(gè)等效的LUT4。

Enclustra瑞蘇盈科為其產(chǎn)品提供廣泛的設(shè)計(jì)支持，提供所有必需的硬件、軟件和支持材料。除了用戶手冊(cè)、產(chǎn)品原理圖、3D模型、PCB footprints和差分I/O length tables，詳細(xì)的文檔和參考設(shè)計(jì)讓用戶很容易開(kāi)始設(shè)計(jì)工作。水星Mercury+ XU9與“水星Mercury+ PE1-300/400 底板”相結(jié)合，構(gòu)成了強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)和原型平臺(tái)。

由于Enclustra瑞蘇盈科平臺(tái)化的設(shè)計(jì)理念，不同的核心板模塊可以搭配同一底板使用。例如，如果用戶不需要ARM核，可以選擇基于Kintex 7的水星Mercury+ KX2 核心板模塊搭配“水星Mercury+ PE1-300/400 底板”使用。

有效的固件設(shè)計(jì)

為了縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，公司必須專(zhuān)注于其核心競(jìng)爭(zhēng)力和專(zhuān)有技術(shù)。除了使用核心板模塊，IP核有助于釋放工程能力，以解決特定應(yīng)用的挑戰(zhàn)，而不是花費(fèi)時(shí)間重新實(shí)現(xiàn)現(xiàn)成的功能塊。經(jīng)過(guò)廣泛測(cè)試和驗(yàn)證的IP核可用于許多應(yīng)用場(chǎng)景，如主機(jī)PC到FPGA通信、驅(qū)動(dòng)控制、虛擬FIFO或處理器。

與Enclustra瑞蘇盈科等FPGA服務(wù)提供商的合作也有助于使開(kāi)發(fā)過(guò)程進(jìn)一步加速和平滑。這樣，特定于應(yīng)用的FPGA邏輯的實(shí)現(xiàn)就可以被外包，同時(shí)服務(wù)伙伴也可以用其在基于FPGA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和硬件開(kāi)發(fā)方面的深入知識(shí)來(lái)支持客戶。如果用戶后續(xù)需要對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行維護(hù)和進(jìn)一步開(kāi)發(fā)，這種合作也會(huì)很有優(yōu)勢(shì)。通過(guò)與FPGA專(zhuān)家的密切合作，該公司自己的工程師可以從快速學(xué)習(xí)曲線中受益，并能夠以比從頭開(kāi)始更快的速度專(zhuān)業(yè)地開(kāi)發(fā)基于FPGA的系統(tǒng)。

IP方案使項(xiàng)目更高效

流緩沖控制器

Enclustra瑞蘇盈科的FPGA Manager IP解決方案通過(guò)USB 3.0、千兆以太網(wǎng)或PCI Express實(shí)現(xiàn)了主機(jī)PC和FPGA之間簡(jiǎn)單而高效的數(shù)據(jù)傳輸。該解決方案包括一個(gè)主機(jī)軟件庫(kù)（DLL）和一個(gè)用于FPGA的IP核。用戶應(yīng)用程序通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的API與FPGA通信，該API使用隱藏底層協(xié)議復(fù)雜性的讀/寫(xiě)命令。支持流訪問(wèn)和內(nèi)存映射訪問(wèn)。

運(yùn)動(dòng)控制

模塊化的通用驅(qū)動(dòng)控制器IP核包括控制頻率超過(guò)200kHz的8個(gè)軸（即電機(jī)）所需的一切：從A/D轉(zhuǎn)換器接口到位置、速度和電流控制器，通過(guò)編碼器或解析器的位置檢測(cè)，功率級(jí)的控制邏輯。支持直流，無(wú)刷直流和2或3相步進(jìn)電機(jī)。磁場(chǎng)定向控制可用于無(wú)刷直流電機(jī)（BLDC），支持步進(jìn)電機(jī)的等步細(xì)分控制。

虛擬FIFO

流緩沖控制器IP核為FPGA而優(yōu)化，并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)多功能的流到內(nèi)存映射DMA橋，最多有16個(gè)獨(dú)立的流。IP核允許外部?jī)?nèi)存設(shè)備中的數(shù)據(jù)緩沖，以提供高達(dá)4兆字節(jié)內(nèi)存大小的虛擬FIFO能力。它為每個(gè)寫(xiě)和讀數(shù)據(jù)流提供了一個(gè)AMBA AXI4-Stream接口。一個(gè)公共內(nèi)存映射主接口（AXI4或Avalon）可用于訪問(wèn)外部?jī)?nèi)存設(shè)備。

IP核高度可配置，如每個(gè)流的操作模式、緩沖區(qū)大小和緩沖區(qū)地址。配置是通過(guò)內(nèi)存映射的從接口完成的，可以通過(guò)嵌入式CPU、FPGA管理程序或VHDL中的特定的應(yīng)用程序流配置控制器完成。